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3-1. 열역학이란
우리가 열역학이라고 부르는 것은 원어로
"Thermodynamics"이다. 'Thermo'는 열이고 'Dynamics'는
운동론이니, 이 것을 '열운동론'으로 해석하는 것이 더 타당하지 않을까 생각해 보기도
하지만, 이미 열역학이란 용어가 오래 전부터 사용되던 것이므로 그냥 우리도 따라
사용하기로 하자.
열역학이든 열운동론이든 간에, 이 이름만 듣고 이 학문 분야가 하는
일이 무엇인가 하는 것을 알기는 쉽지 않을 것이다. 열역학은 에너지를 다루는 학문이다.
열역학의 열은 바로 에너지를 뜻하는 것이다 (뒤에 열역학의 제 1법칙에서 이 것이
무슨 뜻인지 이해하게 될 것이다). 보다 구체적으로 열역학에 대해서 정의하자면,
열역학은 에너지의 높고 낮음을 비교해서 우리가 고려 대상으로
하는 것이 최후의 안정한 상태에서는 어떻게 존재할 것인가를 판단하고 예측하는
학문이다.
여기서 '최후의 안정한 상태'라는 말을 다시 한 번 되 짚어보자.
이 말은 열역학에서는 중간에 어떠한 과정을 거치는지, 또 얼마나 빨리 그러한 과정들을
거쳐 최후의 안정한 상태가 되는지에 대해서는 취급하지 않는다는 말이다. 이러한 것을
다루는 학문은 '반응속도론(kinetics)'이라고 따로 있다.
반응속도론은 시간이 무한대로 주어졌을 때, 열역학과 같은 결과를 낸다. 그렇다면,
중간 반응 과정들의 종류와 속도에 대해 정보를 줄 뿐만 아니라, 최후의 안정한 상태까지
기술하는 반응속도론을 적용하는 것이 열역학을 적용하는 것보다 훨씬 바람직하지
않을까? 이론적으로는 그렇게 얘기할 수도 있다. 그러나 반응속도론을 적용하기에는
한 가지 치명적인 문제점이 있는데, 그 것은 지질 현상을 해석할 수 있을 만큼 충분한
기초 자료가 구비되어 있지 않다는 것이다. 현재 예일 대학의 Antonio Lasaga와
같은 사람을 중심으로 한 일단의 연구자들은 보다 다양한 지질학적 문제를 반응속도론적인
입장에서 해결하려 노력하고 있으며, 이에 따라 필요한 기초 자료를 충실히 모아가는
중이다. 이러한 노력들은 성과가 있어서, 수 년 내로 반응속도론을 이용한 매우
상세하고 정확한 해석이 가능해질 것으로 기대된다.
반응속도론이 거의 완벽하게 자료를 갖추고 이론적으로도 지질
현상을 해석하기에 무리가 없는 이론적인 체계를 갖춘다면, 열역학은 완전히 사장되고
말 것인가? 이러한 생각은 열역학을 너무 깔보는 것이다. 열역학은 훌륭한 데이터베이스를
갖추고 있는 점 이외에도 여러 가지 장점을 갖고 있다. 그러한 장점 중 대표적인 것으로는
이해하기 쉽도록 단순한 이론 체계, 쉬운 계산, 그리고 뛰어난 응용성 같은 것을
들 수 있다. 따라서 열역학은, 지질 현상의 해석에 현재 가장 요긴하게 쓰이는 이론의
하나인 것처럼 앞으로도 매우 중요한 이론적 도구가 될 것이 틀림 없다.
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